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千亿国际唯一官方网站 擴散板強反射物體表面反射的光被相機捕獲

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這種情況中 擴散板 強過高導致相機過度曝光,此時攝像機接收到高光點反射輻射亮度為Le2,Le2過高相機無法識別其有效信息。三維測量重構時同樣會使得相應位置出現空洞現象。如果在光源與被測物之間加入擴散板,擴散板將入射到高光點的單一方向的強光擴散成均勻的多個方向的光的集合,同時高光點將多個方向的光進行反射,此時高光點反射的全部光的輻射亮度為Ld2≈Le2。被攝像機接收到的輻射亮度為Ld′,Ld′是Ld2的一部分,即0<Ld′<Ld2≈Le2,大大減小了相機過度曝光的現象。平臺搭建本文采用Infocus82投影儀(分辨率1024pixel×768pixel)、DH-HV3151UC工業相機(分辨率2048×1536)組成結構光三維測量系統,擴散板采用12in×12in(1in=2.54cm)的型號為NT43-029的透鏡陣列,擴散板的散射程度為沿擴散軸±50°,系相機標定為了滿足實驗要求,如圖2所示,本文設計了白色背景上特定位置有黑色圓點的相機標定模板,使其沿光學精密導軌與模板垂直的方向移動,根據待測物體尺寸及系統的可測范圍,標定模板尺寸設計為450mm×600mm。標定模板和光學導軌精度為0.1mm,模板黑色圓點中心的位置以灰度重心法確定。首先將標定模板至于光學導軌上,然后滑動導軌,在-4cm、0cm、+4cm三個位置分別拍攝模板,利用二值化將所拍攝的圖像轉化為白色背景的點陣標定模板樣式,點陣中兩點之間的距離為20.5mm,且以(0,0)為中心點。拍攝的多幅圖像中,每兩幅圖像之間就存在一種幾何約束關系,通過這種關系,可以建立多個線性方程組,最后通過對這些線性方程組的求解,建立CCD亞像素點坐標和空間標準點坐標的對應關系。

投影儀標定投影儀標定原理與相機相同,不同之處在于投影儀像點坐標和空間標準點坐標對應關系的建立方法。本文采用基于正交格雷碼的投影儀標定方法,原理如圖2所示。標定系統主要包括光學精密導軌、模板、相機。模板可在光學精密導軌上沿著垂直于模板平面的方向移動;數碼相機側向拍攝模板獲得標定所需圖像;待標定的投影儀則向模板正向投射水平和垂直的格雷碼圖案,從而向標定系統傳遞其姿態、位置和設備參數信息。

投影儀標定具體可分以下步驟:

(1)將標定模板至于精密導軌上。

(2)將標定模板分別至于-4cm、0cm、+4cm三個位置上,用相機拍攝3個不同位置的標定模板圖像。(3)采用灰度重心法定位所拍攝的三幅圖像中黑色圓點的CCD亞像素位置,并建立空間標準點坐標和CCD像點坐標的對應關系。

(4)用白色模板替代標定模板,依次置于上述三個相同位置上,然后用投影儀分別投射水平和垂直的格雷碼,形成正交格雷碼圖樣,并用相機分別拍攝三個位置的圖像。

(5)將步驟4中每個黑色圓點包含的CCD像素點的格雷碼值轉換為投影儀像素點位置,然后根據灰度重心法進行投影儀像點亞像素定位,即可建立投影儀像點坐標和CCD像點坐標的對應關系。

(6)根據步驟3和步驟5即可建立投影儀像點坐標與空間標準點坐標的對應關系。為了驗證線性擴散板對高光的抑制作用,實驗選用具有鏡面反射特性、有明顯高光且不同形狀的大理石罐、盤子、杯子、花盆等大理石、陶瓷材質作為被測對象。在被測物上分別投射相移編碼條紋,并采用相機進行采集,對采集到的圖像進行計算,最后對測量結果進行定量與定性的分析。投影相移碼樣圖為加擴散板與未加擴散板時大理石搗蒜罐的三維重構對比實驗結果,為具有大理石材質的搗蒜罐的原圖,罐體上方和底盤上都出現了明顯的高光。為未加擴散板的三維重構圖,白色空缺區域是由于高光的存在造成的信息缺失,為加入線性擴撒板的三維重構圖,從圖中可以看出,加入線性擴散板后,高光區域明顯變小,重構出來的圖像紋理也更加細膩,邊緣的弧度效果更加明顯,罐體下方的高光區域消失,重構效果明顯優于圖。三維重構對比圖為了進一步驗證線性擴散板對高光的抑制作用,本文分別對具有強反射特性的大理石罐、陶瓷盤子、陶瓷花盆、陶瓷杯子進行三維重構實驗,并定量統計重構后高光區域像素點的數量。表1為大理石罐、陶瓷盤子、花盆、杯子加入擴散板與未加擴散板時高光區域像素點定量統計結果,從表1中可以看出,大理石罐、陶瓷盤子、花盆、杯子的高光點數目相比未加擴散板時分別減少了19.6倍、5.6倍、4.4倍與3.9倍。

實驗結果表明線性擴散板 系統重構出的高光點區域比未加擴散板時的高光區域有明顯縮小,邊緣輪廓清晰,重構圖像紋理更加細膩,對高光有很好的抑制作用。維重構時,這些物體表面的強反射特性使得重構后的物體產生失真,造成了較大的測量誤差,針對這一問題,本文設計了基于線性擴散板的高光抑制系統,并分析了擴散板抑制高光的原理,分別對具有強反射特性的大理石罐、陶瓷盤子、花盆、杯子進行三維重構實驗。實驗結果表明,大理石罐、陶瓷盤子、花盆、杯子的高光點數目相比未加擴散板時分別減少了19.6倍、5.6倍、4.4倍與3.9倍。擴散板能夠減弱高光點的反射輻射亮度,對高光具有一定的抑制作用,三維重構結果中高光區域明顯縮小。


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